氧化钇稳定氧化锆粉末（YSZ）是一种重要的陶瓷材料，3YSZ、5YSZ 和 8YSZ 分别表示氧化钇的掺杂量为 3mol%、5mol% 和 8mol%。

基本性质

  • 高熔点：纯氧化锆的熔点高达 2715℃，添加氧化钇后，熔点虽有所降低，但仍保持在较高水平，能承受高温环境。
  • 高硬度：具有较高的硬度和强度，耐磨性能好，可用于制造耐磨部件。
  • 良好的化学稳定性：在大多数化学环境中表现稳定，不易被腐蚀，可用于接触各种化学物质的场合。
  • 低热导率：热导率较低，是一种优良的隔热材料，能有效阻止热量传递。
  • 氧离子导电性：在高温下具有良好的氧离子导电性，这一特性使其在固体氧化物燃料电池、氧传感器等领域有着重要应用。

不同氧化钇含量的特点

  • 3YSZ：具有较高的硬度和强度，常温及低温下的机械性能较好，适用于制造要求高硬度和耐磨性的部件，如刀具、磨具等。
  • 5YSZ：综合性能较为平衡，在机械性能、热稳定性和氧离子导电性等方面都有不错的表现，可用于多种领域，如陶瓷结构件、部分燃料电池部件等。
  • 8YSZ：高温下的氧离子导电性最佳，热稳定性也较好，是固体氧化物燃料电池电解质的常用材料。同时，由于其热膨胀系数与一些金属材料较为匹配，也常用于热障涂层。

制备方法

  • 共沉淀法：将锆盐和钇盐的混合溶液与沉淀剂反应，生成氢氧化物或碳酸盐沉淀，经过过滤、洗涤、干燥和煅烧等工艺得到 YSZ 粉末。该方法制备的粉末粒径均匀、纯度高，但工艺控制要求严格。

应用领域

  • 航空航天：作为热障涂层材料，可有效降低发动机部件的工作温度，提高发动机的热效率和可靠性，同时减轻部件重量。
  • 能源：是固体氧化物燃料电池的关键材料，其氧离子导电性能可实现高效的能量转换。此外，还可用于氧传感器，精确测量燃烧过程中的氧含量，以优化燃烧效率，减少污染物排放。
  • 电子：用于制造电子陶瓷元件，如多层陶瓷电容器、压电陶瓷元件等，利用其高介电常数、压电性能等特性，提高电子元件的性能和可靠性。
  • 生物医学：由于具有良好的生物相容性、高硬度和耐腐蚀性，3YSZ可用于制造人工关节、牙齿修复材料等。

市场前景

随着航空航天、能源、电子等领域的不断发展，对高性能氧化钇稳定氧化锆粉末的需求将持续增长。特别是在固体氧化物燃料电池和热障涂层等领域，随着技术的不断进步和应用的不断推广，YSZ 粉末的市场前景广阔。同时，随着制备技术的不断改进和成本的降低，YSZ 粉末将在更多领域得到应用和推广。